Фитополис. Город жизни - Стефано Манкузо

Городская экосистема обладает целым рядом особенностей, которые делают ее уникальной. Она не только вмещает более половины населения Земли, но и, вероятно, является самой быстрорастущей на планете. Стремительное расширение этого самобытного пространства, характеризующегося общими для городов по всей планете, то есть в разных климатических зонах и широтах, факторами окружающей среды – повышенной температурой, скудной растительностью, загрязнением, большим количеством водонепроницаемых поверхностей, сегментацией среды обитания, разделенной дорогами и постройками, – делает ее идеальной лабораторией для изучения механизмов эволюции. Неудивительно, что исследование судьбы видов, разделяющих с нами городскую среду, которым долгие десятилетия занимались лишь единицы, в последние годы стало одним из неизменных объектов интереса любой серьезной биологической лаборатории в мире. Результаты не заставили себя ждать: от крыс до воробьев, от одуванчиков до клевера, от комаров до водяных блох – в этой экосистеме нет вида, который прямо или косвенно не участвовал бы в глобальном эволюционном эксперименте под названием «жизнь в городе».

Первое исследование, посвященное эволюции видов животных под воздействием человека, одно из самых известных и цитируемых, а также объясняющих принцип работы эволюции, посвящено изменению цвета крыльев одной английской бабочки – березовой пяденицы, Biston betularia, – в результате загрязнения воздуха угольной сажей. В знаменитой статье, опубликованной в 1955 году, британский генетик Бернард Кеттлуэлл[37] исследовал бабочек двух окрасов, встречающихся в Великобритании: белых (типичных) и темных (карбонарий), в поисках ответа на вопрос, почему в одних районах страны шире распространены одни, а в других – другие. В районах с сохранившейся природной средой, в меньшей степени подверженных загрязнению угольной пылью, преобладала белая форма (типичная): светлые бабочки сливались со стволами берез и белыми лишайниками на стволах, в то время как темные бабочки (карбонарии) выделялись на фоне светлой коры (рис. 8) и становились легкой добычей для птиц, сокращавших их популяцию. Обратное происходило в городах и загрязненных районах вблизи городов. Там угольная пыль покрывала все поверхности, в том числе и стволы деревьев, отчего белые бабочки выделялись на их фоне, а темные сливались. В таких местах птицы охотились на первых, вторые же свободно размножались. Спустя несколько лет после публикации исследования Кеттлуэлла в Великобритании вступили в силу законы, строго регулировавшие выбросы угольной сажи. В результате введения ограничений уровень загрязнения снизился, деревья быстро вернули свой первоначальный цвет, и пяденицы за короткий период приспособились и вернули исходное соотношение особей за счет увеличения популяции белых бабочек. История с пяденицами – не только яркий пример того, как изменение окружающей среды, связанное с деятельностью человека в городских условиях, может влиять на эволюцию других видов, разделяющих с нами эту среду, но и прекрасное доказательство того, что предсказать априори выживание какого-либо вида как наиболее приспособленного невозможно, поскольку этот процесс зависит от изменений среды обитания.

Рис. 8. Biston betularia (березовая пяденица) – бабочка, получившая свое название из-за того, что любит садиться на стволы берез, существует в двух формах: светлой (типичная) и темной (карбонария). Пяденицы прославились как яркое доказательство теории эволюции: популяция, ранее почти полностью состоявшая из особей светлого окраса, в XIX веке сменила окрас на темный, так как из-за загрязнения воздуха стволы деревьев потемнели.

Большинство видов животных и растений, обитающих в городе, как внешне, так и повадками быстро приспосабливаются к новой среде. Разнообразие изменений, которые могут оказаться полезными для жизни в городе, огромно: от уменьшения зубов у нью-йоркских крыс до генетических различий у комаров, живущих в лондонском метро на разных линиях; от снижения клевером уровня защиты от хищников до тысяч способов приспособления к обитанию в городе, найденных птицами. Эти изменения поражают и сходством этих видов с нами, и гибкостью, которую они проявляют, адаптируясь к экосистеме. Однако бо́льшая часть изменений, с которыми сталкиваются городские виды, скрыта, менее занимательна и связана с противостоянием, насколько оно возможно, разрушительному воздействию человека.

Любители аквариумистики во всем мире знают рыбку киллифиш. Эта широко распространенная рыба получила свое необычное название от голландского слова kil – ручей. Большинство видов «ручейной» рыбы действительно обитает в пресных или солоноватых водах. Особый интерес ученых вызвали киллифиш вида Fundulus heteroclitus – обыкновенный фундулюс (рис. 9), обитающие вдоль атлантического побережья в Соединенных Штатах. Исследователи агентства по охране окружающей среды в 80-е годы прошлого века изучали наиболее загрязненные районы Северной Америки. Они поразились, обнаружив совершенно здоровых киллифиш в водах, где уровень загрязнения углеводородами был одним из самых высоких из когда-либо зафиксированных. Это казалось невозможным, поскольку считалось, что киллифиш крайне чувствительны к такому загрязнению: если в чем-то ученые были уверены, так это в том, что не обнаружат в подобных местах этих рыб. В частности, в исследуемой местности была зафиксирована высочайшая концентрация полициклических ароматических углеводородов и полихлорированных бифенилов, то есть загрязнение веществами обширных классов, характерное для регионов с нефтяной промышленностью, чему очень немногие живые существа способны противостоять. Все эти факторы типичны для городской среды. Однако больше всего ученых, опубликовавших результаты своих наблюдений, поразила невероятная устойчивость киллифиш к подобным веществам. За жизнь нескольких десятков поколений их популяция адаптировалась к концентрации загрязняющих агентов, в 6000 раз превышающей норму[38].

Рис. 9 Fundulus heteroclitus (обыкновенный фундулюс) – небольшая рыба, живущая в солоноватых прибрежных водах США и Канады. Этот вид известен своей выносливостью, его представители способны переносить переменную соленость воды, температуру в диапазоне от 6 до 35 °C и крайне низкий уровень кислорода. Недавние исследования показали, что вид способен выжить в районах, сильно загрязненных такими химическими соединениями, как диоксины или углеводороды, модифицировав более 20 % своих генов.

На первый взгляд может показаться, что невероятные достижения киллифиш вселяют надежду на способность видов адаптироваться даже к катастрофическим изменениям окружающей среды, на то, что и мы, люди, сможем так же. На самом деле произошедшее с киллифиш вряд ли может повториться с каким-либо иным видом. Одна из причин, по которым именно эти рыбы смогли развить такую степень устойчивости к загрязнению среды, заключается в том, что их популяция огромна. По размеру популяции и генетическому разнообразию им нет равных среди позвоночных.

Во многих городских водоемах киллифиш являются наиболее распространенным видом позвоночных, в каждом насчитываются десятки миллионов особей. Невообразимые размеры популяции этих рыб обеспечивают их огромное генетическое разнообразие, которое и сделало возможным развитие устойчивости к загрязнениям. Когда популяция сталкивается с загрязнением среды, все беззащитные перед ним особи умирают и лишь некоторые счастливые обладатели нужных мутаций выживают. В каком-то смысле киллифиш удалось выжить, потому что в